生命科学发展趋势.pptx
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系统化 规模化 数字化
形成了以： 系统（整合）研究生命的 现象与本质为方向； 以多学科交叉为基础： 分析与整合并重、微观与宏观相结合的研究
体系； 探讨生命的本质和起源，将是生命科学基础
研究的发展趋势。
生命科学进展突出表现在：
1， 一大批生物基因组测序的完成催生了 一批相关研究领域。 2003年完成的人类基因组计划使科学家拥有 一张接近完整的人类基因组图谱。 之后，其它4000多种生物的基因组作图和测 序也陆续完成。
从分子和细胞水平 阐述一些重要发育途径如胚胎诱导作用、胚 层的形成和分化、组织器官发育、配子发 育和细胞极性运动等的调控机理。
4， 干细胞研究的快速发展。 干细胞具有在体外大量增殖和分化为多种细 胞的潜能，是研究细胞生物学基础科学问题 的理想模型，也可以为难治性疾病提供细胞 来源。 目前，干细胞的定向分化、自我更新、干细 胞的可塑性等是重要的基础研究。
间分辨率脑成像和信息处理技术，大脑各种认 知功能神经机制的研究迅速发展。
认知神经科学家们 从单个神经元、脑组织以及行为等多个层次， 对知觉、记忆、注意、语言、情绪、意识以及 复杂社会认知功能开展了系统研究，
对大脑认知功能的神经机制的理解有了重 要进展，并且建立了认知的计算模型。
这些研究成果也对理解各种心理和精神疾 病的神经基础提供了科学依据。
生命科学发展的特点、 趋势和前沿
生命科学与生物技术仍然是世界科技发展 最为迅速的领域之一，取得了一系列突破性 进展。 总体看来：
分子生物学、生物化学、细胞生物学、发育
生物学、遗传学、神经科学、免疫学等将继
续成为解析生命活动的本质的主要领域。
同时，随着新技术和新学科的兴起， 生命科学研究变得更加趋于
在基础生物学方面，中国科学家承担了人类基因组 1％的测序，完成了国际HapMap计划中单倍型作图 10％的任务和21号与3号染色体SNP作图计划。
在家蚕、家禽和水稻的基因组测序和功能基因组等 研究方面获得了一些国际领先或先进的研究成果， 发表了源自文库稻基因组的框架序列，并在世界率先绘制 完成了家蚕基因组“框架图”。
7，全球变化、生物多样性和生态系统可持 续发展成为宏观生物学研究的热点和前沿 问题之一
全球变化驱动因素的分析正在由单因 素和单站点向多因素和区域性集成的方向 发展，反映主导因素变异作用的一系列研 究站点的完善和由这些站点构成陆地样带 的研究备受关注。
• 生物多样性的研究更加重视其功能，重视遗传、 物种和生境多样性格局的自然变化和对人为干 扰的反应；
• 生物信息学、 • 组织工程学、 • 分子影像学、 • 认知科学等。 • 多学科、多层次揭示生命的基本规律成为生命
科学重要的交叉研究领域。
随着国家对基础研究的重视和科研投入的不 断增长，我国科技人员在生命科学的基础研究方 面获得了明显的成绩。直接表现为我国近几年科 学论文的数量有了很大的提高，代表基础研究水 平的SCI文章数量已上升到世界前六位。在较短的 时间内缩短了与国际先进水平的差距。
其主要特征是从分子、细胞、器官 到 机 体和从个体、群体到生态系统的不同层次 上生物信息的整合和定量化。
3，发育生物学研究不断深入。 发育生物学一直是生命科学中的前沿学科之一， 目前的热点研究领域是： 以模式生物如小鼠、斑马鱼、爪蟾、果蝇、线 虫、拟南芥、水稻等为对象，
发现新的与发育相关基因 阐明它们的时空表达谱、 调控机理以及对 细胞行为和组织器官形成与分化的影响，
5， 小分子RNA的发现和对其功能研究是近 10年来分子生物学领域最突出的热点之一
小分子RNA存在的广泛性和多样性，提 示小分子RNA可能有广泛的生物功能。
是调控基因表达和蛋白活性的重要方式。 对具有调节功能的非编码RNA分子的结 构特征、调控方式以及生物学功能是近期重 要的研究方向。
6，多学科交叉促进了脑科学和认知科学的发展。 借助于近年来发展的各种具有高空间和时
• 对基因、基因组结构和功能研究： • 形成了结构基因组学、功能基因组学、比
较基因组学、转录组学、蛋白质组学、表 型组学和代谢组学、RNA组学等新兴领域。 这些分支领域已成为生物学基础研究的重 要方面。
2， 生物信息学迅速发展。 生物信息学：
是基于基因组、蛋白组信息分析的需要而 出现的一门与信息科学、数学、计算机科 学等交叉的新兴领域。
生命科学的很多重要的里程碑式的成果 都离不开物理学、化学等学科的贡献, 如： X射线晶体衍射对DNA双螺旋结构的确定、 各种先进设备用于精确和高通量的基因测序、 数学和计算机技术对基因组测序的整合和分析 等极大地推动了分子生物学的发展。
• 过去十年来，学科交叉逐步形成了一些具有重 要科学意义和应用前景的研究领域，具有代表 性的有：
• 未来5至10年（或20年）间
•
围绕“重要农业生物（植物、动物、微生物）
农艺、生产、品质等重要性状的遗传、生长发育
分子调控机理”的研究将全面展开，并将对农业
发展产生重要影响。
•
另外，向资源节约和高效方向发展，保证农
产品（食品）的质量和安全也将是农业基础研究
的重要方向。
9，生物科学与其它学科的交叉和渗透更加 广泛与深入
• 生物入侵对生态系统的影响，注重稀有和濒危 物种的保护、恢复、发展和全球变化对生物多 样性影响的机制和过程。
• 发展生态系统的理论和技术，揭示受损生态系 统的恢复和重建机制已成为生态系统可持续发 展的重要研究内容。
8， 生命科学基础研究已成为农业科技创新的源头 动力。
利用生物技术实现了基因在动物、植物、微 生物间的转移和重组，动植物育种进入一个崭新 的时期。 一些农业生物（如水稻、家蚕、鸡等）全基因组 序列测定的完成又促进了本世纪初“农业生物功 能基因组”研究的全面开展。
• 其前沿问题包括： • 基因组信息结构复杂性； • 序列特别是非编码区信息分析； • 基因组结构与遗传语言； • 大规模基因、蛋白表达谱分析； • 基因表达的网络调控； • 蛋白质相互作用的网络关系和特征； • 生物信息学中新理论、新方法和新技术。
生物信息学和其 他学科进一步 交叉、融合， 发展形成了系统生物学(整合生物学)。
形成了以： 系统（整合）研究生命的 现象与本质为方向； 以多学科交叉为基础： 分析与整合并重、微观与宏观相结合的研究
体系； 探讨生命的本质和起源，将是生命科学基础
研究的发展趋势。
生命科学进展突出表现在：
1， 一大批生物基因组测序的完成催生了 一批相关研究领域。 2003年完成的人类基因组计划使科学家拥有 一张接近完整的人类基因组图谱。 之后，其它4000多种生物的基因组作图和测 序也陆续完成。
从分子和细胞水平 阐述一些重要发育途径如胚胎诱导作用、胚 层的形成和分化、组织器官发育、配子发 育和细胞极性运动等的调控机理。
4， 干细胞研究的快速发展。 干细胞具有在体外大量增殖和分化为多种细 胞的潜能，是研究细胞生物学基础科学问题 的理想模型，也可以为难治性疾病提供细胞 来源。 目前，干细胞的定向分化、自我更新、干细 胞的可塑性等是重要的基础研究。
间分辨率脑成像和信息处理技术，大脑各种认 知功能神经机制的研究迅速发展。
认知神经科学家们 从单个神经元、脑组织以及行为等多个层次， 对知觉、记忆、注意、语言、情绪、意识以及 复杂社会认知功能开展了系统研究，
对大脑认知功能的神经机制的理解有了重 要进展，并且建立了认知的计算模型。
这些研究成果也对理解各种心理和精神疾 病的神经基础提供了科学依据。
生命科学发展的特点、 趋势和前沿
生命科学与生物技术仍然是世界科技发展 最为迅速的领域之一，取得了一系列突破性 进展。 总体看来：
分子生物学、生物化学、细胞生物学、发育
生物学、遗传学、神经科学、免疫学等将继
续成为解析生命活动的本质的主要领域。
同时，随着新技术和新学科的兴起， 生命科学研究变得更加趋于
在基础生物学方面，中国科学家承担了人类基因组 1％的测序，完成了国际HapMap计划中单倍型作图 10％的任务和21号与3号染色体SNP作图计划。
在家蚕、家禽和水稻的基因组测序和功能基因组等 研究方面获得了一些国际领先或先进的研究成果， 发表了源自文库稻基因组的框架序列，并在世界率先绘制 完成了家蚕基因组“框架图”。
7，全球变化、生物多样性和生态系统可持 续发展成为宏观生物学研究的热点和前沿 问题之一
全球变化驱动因素的分析正在由单因 素和单站点向多因素和区域性集成的方向 发展，反映主导因素变异作用的一系列研 究站点的完善和由这些站点构成陆地样带 的研究备受关注。
• 生物多样性的研究更加重视其功能，重视遗传、 物种和生境多样性格局的自然变化和对人为干 扰的反应；
• 生物信息学、 • 组织工程学、 • 分子影像学、 • 认知科学等。 • 多学科、多层次揭示生命的基本规律成为生命
科学重要的交叉研究领域。
随着国家对基础研究的重视和科研投入的不 断增长，我国科技人员在生命科学的基础研究方 面获得了明显的成绩。直接表现为我国近几年科 学论文的数量有了很大的提高，代表基础研究水 平的SCI文章数量已上升到世界前六位。在较短的 时间内缩短了与国际先进水平的差距。
其主要特征是从分子、细胞、器官 到 机 体和从个体、群体到生态系统的不同层次 上生物信息的整合和定量化。
3，发育生物学研究不断深入。 发育生物学一直是生命科学中的前沿学科之一， 目前的热点研究领域是： 以模式生物如小鼠、斑马鱼、爪蟾、果蝇、线 虫、拟南芥、水稻等为对象，
发现新的与发育相关基因 阐明它们的时空表达谱、 调控机理以及对 细胞行为和组织器官形成与分化的影响，
5， 小分子RNA的发现和对其功能研究是近 10年来分子生物学领域最突出的热点之一
小分子RNA存在的广泛性和多样性，提 示小分子RNA可能有广泛的生物功能。
是调控基因表达和蛋白活性的重要方式。 对具有调节功能的非编码RNA分子的结 构特征、调控方式以及生物学功能是近期重 要的研究方向。
6，多学科交叉促进了脑科学和认知科学的发展。 借助于近年来发展的各种具有高空间和时
• 对基因、基因组结构和功能研究： • 形成了结构基因组学、功能基因组学、比
较基因组学、转录组学、蛋白质组学、表 型组学和代谢组学、RNA组学等新兴领域。 这些分支领域已成为生物学基础研究的重 要方面。
2， 生物信息学迅速发展。 生物信息学：
是基于基因组、蛋白组信息分析的需要而 出现的一门与信息科学、数学、计算机科 学等交叉的新兴领域。
生命科学的很多重要的里程碑式的成果 都离不开物理学、化学等学科的贡献, 如： X射线晶体衍射对DNA双螺旋结构的确定、 各种先进设备用于精确和高通量的基因测序、 数学和计算机技术对基因组测序的整合和分析 等极大地推动了分子生物学的发展。
• 过去十年来，学科交叉逐步形成了一些具有重 要科学意义和应用前景的研究领域，具有代表 性的有：
• 未来5至10年（或20年）间
•
围绕“重要农业生物（植物、动物、微生物）
农艺、生产、品质等重要性状的遗传、生长发育
分子调控机理”的研究将全面展开，并将对农业
发展产生重要影响。
•
另外，向资源节约和高效方向发展，保证农
产品（食品）的质量和安全也将是农业基础研究
的重要方向。
9，生物科学与其它学科的交叉和渗透更加 广泛与深入
• 生物入侵对生态系统的影响，注重稀有和濒危 物种的保护、恢复、发展和全球变化对生物多 样性影响的机制和过程。
• 发展生态系统的理论和技术，揭示受损生态系 统的恢复和重建机制已成为生态系统可持续发 展的重要研究内容。
8， 生命科学基础研究已成为农业科技创新的源头 动力。
利用生物技术实现了基因在动物、植物、微 生物间的转移和重组，动植物育种进入一个崭新 的时期。 一些农业生物（如水稻、家蚕、鸡等）全基因组 序列测定的完成又促进了本世纪初“农业生物功 能基因组”研究的全面开展。
• 其前沿问题包括： • 基因组信息结构复杂性； • 序列特别是非编码区信息分析； • 基因组结构与遗传语言； • 大规模基因、蛋白表达谱分析； • 基因表达的网络调控； • 蛋白质相互作用的网络关系和特征； • 生物信息学中新理论、新方法和新技术。
生物信息学和其 他学科进一步 交叉、融合， 发展形成了系统生物学(整合生物学)。